化工业DCS的运用研究

1前言

计算机用于工业控制是近年来发展非常广泛，非常活跃的领域之一。最初是采用小型机对生产进行控制，或者对模拟系统进行监视。由于当时小型机系统价格昂贵，所以多采用集中控制。目前在各炼油石化企业普遍采用DCS进行先进的工业控制。现在，当你走进一个自动化的生产车间，将会看到许多常规的控制仪表和调节器已经为计算机所取代，计算机正在不断地监视整个生产过程，对生产中的各种参数，如温度，压力、流量、液位，转速和成分等进行采样，迅速进行复杂的数据处理，打印和显示生产工艺过程的统计数字和参数，并发出各种控制命令，它具有邦助操作人员选择最优工艺和最佳操作参数;实现用传统方法难以完成的控制规律，降低原料和能源的消耗，减少成本;提高产品的产量和质量等控制特点。

2发展史

回顾化工工业生产过程控制的历史，从基地式调节器开始，经历了气动，电动单无组合仪表到计算机控制系统，直至今日的分散控制系统DCS，DCS也已走过了十多年的里程，而今无疑已成为控制仪表的方向并得以迅速发展。早期的控制，以现场或泵房内的手动操作为中心，操作员边看温度、压力表、边随时手操调节阀的开度，以达到控制的目的，到40一50年代，引入了控制室集中操作的概念，以气动液动和电动模拟仪表为工具，把操作人员从严酷的现场操作中解放出来，为满足复杂工业过程对控制的要求，采用了多回路系统，应该说这类控制系统解决了当时大约80%以上的工业控制问题，这期间，虽然操作人员在控制室内获得的信息增加了，但是这些信息是有限的，且是岗位分散，根本无法对整体生产装置进行信息处理和优化控制，工艺参数、管理信息还是要靠值班人员每天跑现场、打电话来获得，工作量大、上报数据不够准确及时，因而对预防和处理事故缺乏可靠的依据，其控制功能和规模都十分有限。60年代以后，随着生产过程大型化和复杂化，诞生了机集中监视和控制系统。集中控制方便了监视、操作和管理，同时也使得危险性高度集中，系统一旦故障，对装置造成的影响及危险性都是非常大的。1975年11月，随着计算机(伪mputer)通讯(Communieation)控制(Control)和(CRT)显示技术的不断发展和完善，美国霍尼韦尔(Honeywell)公司首次向全世界推出了DCS集散控制系统TDC一2000，DCS(玖3tributedControlSystem)系统，中文译作“集散型”或“分布式”控制系统，系统采用“管理集中，控制分散”的设计方法，所谓分散是指功能，危险和地域的分散。从第l套DCS系统诞生至今，DCS系统已经经历了4个发展阶段。1975一1980年为初创阶段，系统软硬件技术还不成熟;1981一1987年为第二阶段;1987一1993年为第三阶段，系统性能及可靠性提高。1994年至今为第四阶段，软硬件更先进，特别是软件上采用通用操作系统。图1为控制仪表发展过程。

3DCS对生产过程控制DCS系统把徽型计算机，工业控制机，数据通信系统，显示操作装里，过程通过和模拟仪表有机的结合起来，采用组合积木式构成不同规模的控制管理系统，实现工程大系统的不同水平的综合控制和管控一体化。采统采用中央计算机指挥若千台面向控制的现场测控计算机和智能控制单元，这些现场测控计算机智能控制单元可直接对被控装里进行测控，负责对过程进行监控并向中央计算机报告过程情况，中央计算机负责全局的综合控制、管理、调度，计划及执行情况报告等任务。DCS系统在发展过程中采用了各种高新技术，诸如高速，高质量的数据通信技术，光纤通信技术，磁泡存储器，分布式数据库在线珍断和容错技术等。DCS系统主要由软件和硬件构成，如图2、图3所示。操作站用于数据存储、显示、打印报表;控制站用于2/0接口，控制过程;监控站的主要功能是把过程送来的数据进行处理，并通过简单的健盘操作就可在CRT画面上显示各工段的生产流程模拟图和管网图，

3.1各工段生产模拟流程图监视实时数据，操作处理和调整工段的各个量、参数。彩色棒图动态模拟，不同物料用不同颜色表示，物料流向用箭头表示，使各个实时数据一目了然，非常直观。

3.2历史趋势曲线为便于操作管理，根据设备的实际安装情况和生产工艺流程，按比例画成图形，并在主要洲控点处显示瞬时采集数据。随时对各部位进行动态显示，侧t值如温度、压力、流t、液位等实时动态显示.阀位开度以百分比表示，液位用为监控生产，便于查找故障和优化工艺条件，对重要的参数用历史趋势曲线表示。各个实时数据定时存盘，得到各重要参数的历史变化曲线，调取任意参数显示块，画面即显示相应参数的趋势图，这些参数曲线便于研究和分析工艺过程的状况，使操作者根据该曲线很容易者出生产工况如何，以采取相应措施。

3.3控制回路操作界面各控制回路采用软件控制算法，其操作界面完全与常规调节器控制相同，手动、自动操作在画面上直接进行，遇到紧急情况，可利用手动操作在画面上直接快速调节阀门开度。

3.4智能闪光报替将出现故障的设备工位，超过上、下限值的参数立即同步显示在CRT画面上，令操作者引起注意，将其消灭在萌芽状态。

3.5联锁保护为减轻人工操作强度，提高自动化程度，由计算机实现安全联锁保护功能。以避免引起重大事故。图4为DCS通信网络图，该图进一步说明了D归S的操作应用，对生产中的各种参数，如握度、流扭、成分等进行采样，迅速进行各类数据处理后.发出各种控制命令给调节阀、泵等设备。

3.6控制应用软化水流量由流量计FT一6051进行测量并且由反作用调节器FC一6051进行控制，该调节器操纵软化水阀FCv一6051，苛性碱流t由FT一6055进行测量，并且由反作用调节器FC一6055进行控制，该调节器操纵苛性碱阀FCv一6055，苛性碱受流量比值控制，(如图6)所示。下面举一实例来简单说明其过程控制。(图5)为贮雄Fl一2621利用DCS将浓碱稀释的流程。工艺用的苛性碱从散装库送到稀释苛性碱贮雄Fl一2621，浓苛性碱通过加进软化水进行稀释，软化水首先由低压喷射蒸气加热然后进入输水线到达FI一2621。苛性碱的流量受到比值控制，该控制由软化水流量重新设定，苛性碱从50%浓度稀释到5%的浓度。

4DCS的化工应用及在我区现状

80年代末，信息产业的迅速发展，对石油化工生产提出严峻挑战，实现全厂的生产，管理的优化，增加效益，适应市场，提高企业生命力，是大型企业的迫切要求。因此，石油化工厂的控制系统已不仅仅是过程控制和生产单元的简单化，是从现场检侧仪表，过程控制到单元优化控制，系统优化控制，直至全厂的管理及优化控制的信息管理控制系统。DCS作为一种集成了高新技术的先进控制系统，已广泛用于多种大型工厂，特别是自动化程度要求较高的大型石油化工厂、发电厂等，我国从80年代逐渐开始引进国外先进的DCS系统，目前，大型的DCS系统大都由国外进口，常见的有美国霍尼韦尔(枷nev钾ell)的TDC-3000，FOxbro的I/A•S，Bailev的N一90，ROSe-mount的Rs，westing卜[o理蛇的wDPF，日本横河(YOKOGAWA)的CENTUM，PERM等。由于DCS技术发展很快，各厂家也不断推出更加完善或适应对象更广泛的产品，国内也有一些厂家开始生产DCS，主要是一些小系统。我区从90年代开始逐渐引进国外先进的DCS系统，主要是应用在石化企业，如乌石化化纤厂、炼油厂、化肥厂和电厂，为新上装置配套或改造控制系统先后引进了日本横河，美国粗尼韦尔公司的DCS系统，克拉玛依炼油厂、独山子石化等这些大企业的生产车间墓本上都采用了国内外，DCS系统，采用这些DCS系统后，许多复杂的生产工艺都可以实施，促进我区石油化工的发展，为企业带来了可观的经济效益。

5结语

DCS的问世，迎来了DCS的时代，掌握DCS应用技术人员，必然会成为既懂得仪表、控制、信息处理、计算机技术等基本要素，又懂得过程集中系统的系统工程学工程师。总之，DCS系统是目前技术最先进、最成熟的控制系统，它具有功能齐全、可靠性高、操作维护方便、使用扩展灵活、兼容性好，具有良好的性能/价格比等许多独特优点，DCS在自动化生产过程中正日益发挥巨大作用。